urządzenia diagnostyczne w pojazdach samochodowych

urządzenia diagnostyczne w pojazdach samochodowych

P O Z N A N UN I VE RS I T Y O F T E C HN O L O G Y ACA D E MI C J O URN A L S
No 69
Electrical Engineering
2012
Michał FILIPIAK*
Jarosław JAJCZYK*
Ryszard NAWROWSKI*
Łukasz PUTZ*
URZĄDZENIA DIAGNOSTYCZNE W POJAZDACH
SAMOCHODOWYCH
W artykule zaprezentowano metody diagnozowania usterek w pojazdach
samochodowych. Omówiono standard OBD II pozwalający połączyć urządzenia
diagnostyczne ze sterownikami znajdującymi się w pojazdach. Scharakteryzowano
oscyloskopy warsztatowe (KME, ESCORT) oraz uniwersalne testery diagnostyczne –
KTS 570, ADP 186 i dedykowane dla floty pojazdów jednego koncernu, np. VAS 5051. W
pracy przedstawiono przykłady pomiarów dokonane z użyciem diagnoskopów.
1. WSTĘP
Diagnostyka samochodowa polega na określeniu za pomocą odpowiedniej
aparatury kontrolno-pomiarowej stanu technicznego pojazdu bez demontażu jego
elementów lub tylko częściowym demontażu, ale nie naruszającym
funkcjonowania tych elementów. Diagnosta może zmierzyć wartości różnych
parametrów i porównać je z wartościami podawanymi przez producentów
określając w ten sposób wadliwy element w pojeździe. Nowsze urządzenia
diagnostyczne mają możliwość odczytania kodów usterek, dzięki czemu wskazują
bezpośrednio na uszkodzony element, bądź znacznie zawężają obszar
występowania usterki.
Diagnostyka pojazdowa wprowadzona została już w momencie powstawania
pierwszych warsztatów samochodowych, czyli jeszcze w XIX wieku. Znaczny
rozwój diagnostyki nastąpił w latach 60. XX wieku wraz z popularyzacją urządzeń
pomiarowych wielkości elektrycznych takich jak woltomierz, amperomierz,
omomierz czy oscyloskop. Wtedy też w samochodach coraz częściej zastępowano
elementy mechaniczne elektrycznymi.
2. KLASYCZNE METODY DIAGNOSTYCZNE
Od lat 60. XX w., kiedy układy sterowane elektrycznie zaczęły wypierać
mechaniczne, w motoryzacji pojawiła się nowa forma diagnostyki. W warsztatach
samochodowych podstawowymi narzędziami stały się mierniki wielkości
_______________________________
* Politechnika Poznańska.
228
Michał Filipiak, Jarosław Jajczyk, Ryszard Nawrowski, Łukasz Putz
elektrycznych. Mechanicy najpierw sprawdzali parametry elektryczne elementów,
następnie po zlokalizowaniu usterki wykonywali mechaniczną część naprawy.
Na początku wystarczyły dobrej klasy mierniki uniwersalne pozwalające na
pomiar napięcia, natężenia prądu lub ewentualnie rezystancji na zaciskach
badanych elementów. Jednak z biegiem lat takie narzędzia okazały się
niewystarczające. Do określenia usterki, oprócz statycznej wartości parametru,
niezbędna stała się obserwacja kształtu badanego sygnału. Dlatego też pojawiły się
oscyloskopy dostosowane do potrzeb warsztatów i serwisów samochodowych.
2.1. Oscyloskopy warsztatowe
Jednym z częściej stosowanych w warsztatach i serwisach oscyloskopów jest
ESCORT 328C (rys. 1). Jest to samochodowy analizator diagnostyczny, który
posiada wiele funkcji przydatnych podczas testowania podzespołów
samochodowych. Urządzenie może służyć jako oscyloskop cyfrowy
samochodowy, dwukanałowy oscyloskop cyfrowy z pamięcią o częstotliwości
próbkowania 20 MHz lub multimetr cyfrowy z automatyczną zmianą zakresów.
Rys. 1. Diagnoskop - oscyloskop warsztatowy ESCORT 328C
oraz przykładowy przebieg - sygnał z czujnika indukcyjnego
Oscyloskop tego typu jest urządzeniem dedykowanym do warsztatów i
serwisów samochodowych a więc doskonale nadaje się do sprawdzania całych
podzespołów samochodowych.
Przy użyciu tego miernika można przetestować takie czujniki jak:
- czujniki położenia liniowego i obrotowego (rezystancyjne, magnetyczne,
optyczne, Halla),
- czujniki temperatury (rezystancyjne, półprzewodnikowe),
- czujniki ciśnienia (napięciowe, częstotliwościowe),
- czujniki spalania detonacyjnego,
a nawet całe podzespoły takie jak:
Urządzenia diagnostyczne w pojazdach samochodowych
- elektrozawory (wtryskiwaczy, biegu jałowego, recyrkulacji
odpowietrzania zbiornika paliwa),
- układy zasilania elektrycznego (akumulatory, alternatory),
- układy zapłonowe (cewki, rozdzielacze, świece, przerywacze),
- układy ABS (czujniki, zaworki),
- przepływomierze powietrza,
- sondy Lambda,
- magistralę CAN/BUS.
229
spalin,
2.2. Oscyloskopy komputerowe
W warsztatach, które na wyposażeniu posiadają komputery stacjonarne PC lub
przenośne notebooki, możliwe jest zastosowanie oscyloskopów komputerowych.
Przykładem tego typu aparatury warsztatowej może być oscyloskop - diagnoskop
KME (rys. 2). Ma on postać przystawki do komputera, którą można wsunąć do
jednostki głównej PC w miejsce CD-ROM. Wraz z odpowiednim
oprogramowaniem tworzy komputerowe stanowisko diagnostyczne układów
elektrycznych i elektronicznych w pojazdach.
Rys. 2. Diagnoskop - przystawka komputerowa KME z oprzyrządowaniem
oraz przykład oscylogramu - sygnał z magnetycznego czujnika prędkości obrotowej wieńca zębatego
KME umożliwia obserwację, analizę i rejestrację do czterech różnych
przebiegów sygnałów elektrycznych w pojeździe. Tak duża liczba kanałów jest
często przydatna podczas diagnostyki aut. Żeby zdiagnozować usterkę w
samochodzie konieczna jest obserwacja wielu sygnałów jednocześnie, natomiast
standardowe oscyloskopy oferują najczęściej tylko dwa kanały pomiarowe.
Za pomocą przystawki KME można przetestować przede wszystkim:
- akumulatory, alternatory, rozruszniki,
- układy zapłonowe po stronie pierwotnej i wtórnej cewki,
- przetworniki MAP (ciśnienia), MAF (przepływu), TPS (położenia),
- przetworniki piezoceramiczne (np. czujnik spalania stukowego),
- czujniki prędkości obrotowej (magnetyczne, optyczne, Halla),
230
Michał Filipiak, Jarosław Jajczyk, Ryszard Nawrowski, Łukasz Putz
-
czujniki tlenu (sonda Lambda), DSC (ruchu), ETS (parkowania),
wtryskiwacze,
silniczki krokowe,
zawory elektromagnetyczne biegu jałowego, recyrkulacji spalin (EGR),
odpowietrzania zbiornika,
- magistralę transmisji danych CAN-BUS.
Po zastosowaniu odpowiedniego typu interfejsu diagnoskop KME dodatkowo
może zmierzyć wiele parametrów nieelektrycznych takich jak ciśnienie sprężania
w cylindrze, ciśnienie oleju, płynu chłodzącego lub paliwa, podciśnienie powietrza
w kolektorze ssącym, temperaturę powietrza dolotowego lub płynu chłodzącego, a
nawet zawartość tlenku węgla w spalinach.
3. ZAAWANSOWANE METODY DIAGNOSTYCZNE
Obecnie w autach instalowanych jest wiele mikroprocesorowych układów,
które mają za zadanie kontrolować, rejestrować oraz sterować różnymi
podzespołami tak, aby pojazd był optymalnie ekonomiczny i bezpieczny.
Zwykłym multimetrem czy oscyloskopem bardzo trudno uzyskać istotne
informacje o parametrach systemu. Mierniki te stały się więc niewystarczające.
Żeby ułatwić diagnostykę samochodową w latach 80-tych XX wieku
wprowadzono standard OBD (ang. On-Board Diagnostic). Technologia ta
umożliwia diagnozowanie pojazdów i najczęściej kojarzona jest z
charakterystycznym dla tego standardu złączem 16-pinowym. Dzięki złączu
możliwe jest podłączanie testerów diagnostycznych i odczytywanie informacji
zawartych w sterownikach pojazdów. Przez OBD można skontrolować wiele
parametrów jednocześnie, a umiejscowienie interfejsu w kabinie pojazdu pozwala
także na testy w stanach dynamicznych, czyli podczas jazdy.
Od 1996 roku w USA wprowadzona została udoskonalona wersja diagnostyki
pokładowej pojazdów o nazwie OBD2 (OBDII). W Europie standard ten istnieje
od 2001 roku i bardziej znany jest pod nazwą EOBD. W Polsce wszystkie
samochody sprzedawanie od początku roku 2002 muszą być wyposażone w złącze
EOBD.
Koncerny samochodowe udostępniają autoryzowanym serwisom firmowe
diagnoskopy, które pozwalają na kontrolę wszystkich możliwych parametrów aut
danej grupy. Przykładem może być diagnoskop VAS 5051 obsługujący pojazdy z
koncernu Volkswagen lub TECH 2000 grupy Opla. Tego typu urządzenia są dość
drogie i można nimi badać tylko ograniczoną liczbę modeli aut.
Powyższych wad nie posiadają uniwersalne testery diagnostyczne takie jak
KTS 570 czy ADP 186. Jednak podstawową wadą tych urządzeń jest ich
uniwersalność. Oznacza to, że nie można skontrolować wszystkich możliwych
parametrów, a kodowanie błędów jest ogólne i niedokładne. W związku z tym nie
zawsze jednoznacznie da się określić usterkę.
Urządzenia diagnostyczne w pojazdach samochodowych
231
3.1. Diagnoskopy uniwersalne
Do najbardziej znanych uniwersalnych testerów diagnostycznych należy
ADP 186. Jest to urządzenie szwedzkiej firmy Autocom, która od momentu
założenia w 1991 roku specjalizuje się w produkcji aparatury serwisowej do
samochodów. Symbol ADP jest skrótem nazwy Autocom Diagnostic Partner i
zgodnie z nazwą urządzenie ma za zadanie stać się partnerem każdego mechanika i
wspierać go w diagnostyce pojazdu.
Diagnoskop ADP 186 (rys. 4) zbudowany jest na mikrokomputerze i posiada w
swojej bazie szeroką gamę samochodów oraz funkcji diagnostycznych. W miarę
pojawiania się nowych modeli lub funkcji pomiarowych, bazę można
zaktualizować. Za pomocą tego urządzenia istnieje możliwość dokonywania
pomiarów szeregowych oraz równoległych.
Rys. 4. Diagnoskop uniwersalny ADP 186 firmy Autocom
oraz przykładowe okno pomiaru parametrów w czasie rzeczywistym
Obsługiwane funkcje seryjne to przede wszystkim:
Odczyt i kasowanie kodów błędów.
Wygaszanie kontrolek serwisowych.
Pomiar różnych wartości w czasie rzeczywistym.
Aktywacja/dezaktywacja, adaptacja oraz programowanie niektórych funkcji w
pojazdach, np. podnoszenie szyb czy dostosowanie oświetlenia pojazdu.
- Możliwość komunikacji w każdym dostępnym standardzie: EOBD, CAN,
J1859, KW 20000, ISO 9141-2.
W przypadku pomiarów równoległych istnieje możliwość:
- Mierzenia różnych wielkości zarówno elektrycznych (napięcie, rezystancja) jak
i nieelektrycznych (temperatura, prędkość obrotowa) z pamięcią wartości
granicznych dzięki funkcji multimetr.
- Sprawdzania przebiegów sygnałów dzięki oscyloskopowi czterokanałowemu.
-
232
Michał Filipiak, Jarosław Jajczyk, Ryszard Nawrowski, Łukasz Putz
- Skorzystania z funkcji Break-Out-Box, zwłaszcza kiedy badany model pojazdu
nie jest ujęty w pamięci urządzenia, ale mamy odpowiedni kabel połączeniowy
i schemat elektryczny jednostki sterującej, możliwe jest wtedy pomierzenie
większości sygnałów.
- Wyniki testów można zapisać w archiwum programu lub wydrukować.
Inną firmą przodującą w dostarczaniu do warsztatów i serwisów urządzeń
diagnostycznych jest BOSCH, wraz ze swoimi diagnoskopami serii KTS (rys. 5).
Najbardziej interesującym testerem diagnostycznym tej serii jest KTS 570.
Umożliwia on przeprowadzenie takich samych testów jak ADP 186. Umożliwia
znaczne zwiększenie mobilności urządzenia KTS 570, dzięki bezprzewodowemu
połączeniu z komputerem PC lub notebooka za pomocą standardu Bluetooth.
Rys. 5. Tester diagnostyczny Bosch KTS 570 wraz z wyposażeniem
oraz przykładowe okno wyboru systemu do diagnozy
Kolejną zaletą testerów serii KTS jest dołączane oprogramowanie o nazwie
ESI Tronic. Jest to doskonale rozbudowana i obszerna elektroniczna książka
serwisowa zawierająca dane techniczne i naprawcze, a także schematy instalacji
elektrycznych wszystkich pojazdów. Oprogramowanie posiada także katalog części
oryginalnych oraz zamienników, pozwalający szybko zakupić i wymienić
uszkodzony element.
3.2. Diagnoskop firmowy VAS 5051
Testery diagnostyczne serii VAS 505X pozwalają na pełną diagnozę aut
produkowanych przez grupę Volkswagen AG. W skład tej grupy wchodzą
zarówno znane marki aut osobowych i dostawczych - VW, Audi, Seat, Skoda, jak
i ciężarowych - MAN, Scania, a także mniej znane luksusowe i sportowe marki
jak Bentley, Bugatti, Lamborghini i Porsche. Niemożliwe jest badanie
samochodów innych marek.
Urządzenia diagnostyczne w pojazdach samochodowych
233
Diagnoskop VAS 5051 (rys. 6.) posiada podobne funkcje jak urządzenia
ADP 186 oraz KTS 570. Doskonale radzi sobie z diagnozowaniem pojazdów. W
połączeniu z oprogramowaniem serwisowo-warsztatowym ELSA staje się
niezbędnym narzędziem w każdym serwisie lub warsztacie samochodów koncernu
Volkswagen AG.
Rys. 6. Diagnoskop koncernowy VW – VAS 5051 na firmowym wózku
oraz przykładowy zrzut ekranu poszukiwania usterek
4. UWAGI I WNIOSKI KOŃCOWE
Zaawansowane technicznie systemy sterujące w pojazdach samochodowych
wpływają korzystnie na komfort, niezawodność i bezpieczeństwo pojazdów.
Niestety powodują również trudności związane z diagnozowaniem,
lokalizowaniem i usuwaniem awarii. Równolegle z rozwojem układów sterujących
dokonał się rozwój systemów autodiagnozy (OBD) oraz wyspecjalizowanych
przyrządów diagnostycznych.
W pracy omówiono przykładowe urządzenia diagnostyczne pozwalające na
zbadanie układów sterujących oraz na określenie awarii i podanie wskazówek
prowadzących do jej usunięcia. Przedstawiono warsztatowe oscyloskopy cyfrowe,
które mogą pracować jako niezależne przenośne urządzenia (ESCORT 328C) jak
również jako moduły rozszerzające możliwości klasycznego komputera klasy PC
(KME).
W drugiej części pracy omówiono zaawansowane systemy diagnostyczne,
które poza możliwością wykorzystania ich jako wielokanałowe oscyloskopy mają
możliwość sczytywania i kasowania kodów usterek (system OBD). Ich
234
Michał Filipiak, Jarosław Jajczyk, Ryszard Nawrowski, Łukasz Putz
oprogramowanie uzupełnione jest o schematy połączeń, instrukcje wymiany
podzespołów jak i zalecenia serwisowe. W tej grupie urządzeń znalazły się
diagnoskopy uniwersalne, obsługujące różne marki pojazdów (ADP 186, KTS
570) jak i diagnoskop dedykowany dla pojazdów jednego koncernu
samochodowego (VAS 5051).
W dobie ciągłego postępu w dziedzinie motoryzacji i wkraczaniu coraz
bardziej zaawansowanych sieci sterujących w instalacjach samochodowych użycie
urządzeń diagnostycznych z ostatniej grupy wydaje się nieuniknione.
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
ADP 186 User Manual.
Bosch Team: „Informatory techniczne Bosch. Sterowanie silników o zapłonie
iskrowym. Zasada działania. Podzespoły”. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności,
Warszawa 2008.
Bosch Team: „Sieci wymiany danych w pojazdach samochodowych”.
Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2008.
ESCORT 328C User Manual.
Herner A., Riehl H.J.: „Elektrotechnika i elektronika w pojazdach
samochodowych”. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2002.
KME User Manual.
Kneba Z., Makowski S.: „Pojazdy samochodowe. Zasilanie i sterowanie silników”.
Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2004.
Konopiński M.: „Elektronika w technice motoryzacyjnej”. Wydawnictwa
Komunikacji i Łączności, Warszawa 1982.
KTS 570 User Manual.
Myszkowski S.: „Poradnik serwisowy. Diagnostyka pokładowa. Standard OBD
II/EOBD”. Instalator Polski, Warszawa 5/2003.
Schmidgall R., Zimmermann W.: „Magistrale wymiany danych w pojazdach.
Protokoły i standardy”. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2008.
Sitek K., Syta S.: „Pojazdy samochodowe. Badania stanowiskowe i diagnostyka”.
Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2011.
Trzeciak K.: „Diagnostyka samochodów osobowych”. Wydawnictwa Komunikacji
i Łączności, Warszawa 2010.
VAS 5051 User Manual.
DIAGNOSTIC DEVICES IN VEHICLES
In the article will be presented methods for diagnosing faults in vehicles. Also will be
discussed the OBD II Standard which allows to connect diagnostic equipment with
controllers mounted in vehicles. Next will be presented the workshop oscilloscopes (KME,
ESCORT) and diagnostic testers - universal like KTS 570 or ADP 186 and dedicated to the
vehicle fleet of one company, such as VAS 5051. Later in this article will be presented
examples of measurements made by using diagnoscopes presented in this article.